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弹性联轴器的应用范围以及非线性动力特性

2021-05-22 12:37:49

<一>、弹性联轴器的应用范围
目前市场上广泛使用的星形联轴器产品己经出现了很多的问题,由于弹性联轴器的弹性元件是通过天然橡胶硫化而成的,橡胶本身的材料特性,在一定程度上限制了弹性联轴器的应用范围。
(1)传导热量性能差。由于弹性联轴器在传递转矩和运动的过程中,功率不是传递的,肯定会有一定的功率损耗,而功率损耗的原因很大情况是由于振动导致的,并且这些功率损耗很大一部分转化为热量,由于橡胶传导热量的性能比较差,热量在橡胶元件内部无法散发出来,从而导致弹性联轴器橡胶元件温度升高,致使橡胶的强度降低,在工作中很容易发生损坏。在弹性联轴器橡胶元件的故障中很大程度都是由于橡胶元件温度过高而导致的破坏。
(2)工作环境要求过高。弹性联轴器在正常工作情况下,其环境温度一般为一5~55℃,温度过高和过低都会对橡胶弹性元件的性能产生重要的影响,很大程度上限制了弹性联轴器的应用范围。并且在弹性联轴器的附近不允许有焊接作用,防止有油污弄到橡胶表面,需要有专门的防护罩安装在弹性联轴器的外围,起着通风和保护的作用。
(3)使用时间较短。由于机械传动系统在传递运动和转矩过程中,会存在一定的变动转矩。在变动转矩的作用下会产生一定交变应力,当橡胶的内部或者表面有裂纹、气孔等橡胶硫化缺陷时,很容易由于交变应力的作用发生疲劳损坏。
(4)耐腐蚀能力差。由于弹性联轴器的应用场合决定其工作环境比较差,工作环境中经常会遇到油污、有机溶剂等情况,虽然一般都是有保护罩,但难免会有一些弄到橡胶的表面,从而导致橡胶的老化。
(5)工艺性较差。硫化橡胶制品是一种高新技术产品,硫化橡胶的好坏反映了一种企业或者一个化工技术的高低。橡胶配方的技术和橡胶的硫化粘结是化工技术的体现,橡胶模具的设计反映了机械加工工艺的精密程度。橡胶弹性元件的损坏的深层次原因是橡胶化工工艺技术较低。提升橡胶工艺性是提高橡胶弹性元件综合性能的关键措施。弹性联轴器的主要作用弹性联轴器的主要作用是改变和优化轴向的振动频率、减小振动的幅值、对整个轴向进行位移补偿。弹性联轴器所具有的动态特性对于整个轴系系统非常关键。而弹性联轴器的动态特性主要由橡胶弹性元件的动态特性决定,橡胶元件动态性能的好坏直接影响到弹性联轴器的工作性能。如果橡胶元件动态性能不好,会影响整个轴系的工作,有甚者会导致柴油机的损坏。许多生产实践中高弹性橡胶联轴器的损坏,均是由于橡胶元件发生了损坏,导致弹性联轴器的失效。
因此,我们要展开对弹性联轴器橡胶元件动态性能参数的研究工作,而动态径向刚度是橡胶元件动态性能的重要参数之一。动态径向刚度是进行振动分析不可缺少的重要参数。因此,开展对弹性联轴器橡胶元件动态径向刚度计算方法研究具有重要的意义。同时,弹性联轴器橡胶元件动态径向刚度的研究对于弹性联轴器的合理选型及结构优化设计等都具有一定的指导意义。由于国内外对弹性联轴器橡胶元件的研究往往多地关注于其轴向刚度和扭转刚度,而对其动态径向刚度研究较少,因此对于弹性联轴器橡胶元件动态径向刚度,现阶段尚有较大的探索空间。
<二>、弹性联轴器不对中转子轴承系统的非线性动力特性
在旋转机械中,不对中是仅次于不平衡的较常见的故障之一,联轴器不对中引起的附加作用力和力矩会诱发轴系的其它伴随故障,同时其它故障引起的轴系振动超标同样会引起不对中故障。不恰当的安装,转子的初始弯曲和热变形,非对称激励等使得轴系间不可能对中。因此研究不对中的产生机理和其对转子振动响应的影响,对于轴系的安装调整、故障诊断、等均具有重要意义。
由于不对中故障引起的轴系振动响应特征较容易识别和调整,而建立较为准确和普适的联轴器不对中的动力学模型十分困难,所以对轴系不对中机理的研究却并不充分。尽管如此,国内外在对轴系不对中问题的研究上仍然有一些富有意义的研究成果。综述了不对中故障的机理、特征及对轴系稳定性的影响,总结不对中故障特征;梅花型弹性联轴器不对中转子系统的建模和分析方法;齿式联轴器不对中的建模及对轴系振动的影响,通过实验研究了各种不对中状态下轴系振动响应的特征。联轴器不对中转子的不平衡响应,并指出不对中会引起高倍频响应;不对中转子系统的振动特征,指出除不对称外,转子裂纹和刚度不对称等也会产生工频的振动响应,并提出全息频谱方法可以用于不对中故障的诊断;平行不对中和偏角不对中所引起的附加力和力矩模型,建立了不对中转子系统的有限元模型,分析并指出不对中附加力和力矩的作用位置对转子系统的弯曲模态和振动响应有很大影响;联轴器不对中转子一轴承系统在跨越系统临界转速时的瞬态响应,并指出联轴器不对中对系统临界转速的影响可以忽略;联轴器不对中的建模,不对中对转子系统一阶临界转速和稳定性的影响,并讨论了不对中的诊断识别方法。
综上所述,对于不对中转子系统的绝大部分的研究均局限于线性范围内,没有考虑滑动轴承引起的非线性效应,且只关注于转子系统在若干关键转速下的振动响应特征,转子系统在升速过程中的全局频率响应特征很少被关注。本文建立了多盘转子一滑动轴承的集聚质量模型,联轴器不对中引起的附加作用力和力矩被看作是作用于轴系上的外部激励,并考虑了非线性油膜力的影响。比较分析了在考虑联轴器不对中前后系统的振动响应特征和稳定性,分析了在升速过程中系统的频率响应特征,运动的分岔和周期特性。
联轴器不对中影响下滑动轴承支撑的多盘转子的非线性动力响应特征及稳定性,联轴器不对中所引起的附加力和力矩被看作是转子一轴承系统的外部激励,比较分析了在考虑不对中影响前后,转子一轴承系统在升速过程中的频率响应特征、运动周期性及稳定性。